- •УГЛЕВОДЫ
- •Функции углеводов:
- •Углеводы входят в состав жизненно важных веществ:
- ••Углеводы составляют до 80% сухого вещества массы растений и 2% сухого вещества массы
- ••В растениях углеводы образуются в процессе реакции фотосинтеза,
- ••Некоторые растения накапливают уникальный дисахарид сахарозу (сахар), который в настоящее время выделяют в
- •Классификация
- ••Название «углеводы» эти соединения получили потому, что первые из известных представителей имели состав
- •• Углеводы имеют и другие
- •УГЛЕВОДЫ
- •I. Простые (моносахариды или монозы)
- ••II. Сложные (олигосахариды и полисахариды или полиозы)
- •Моносахариды (МС)
- •O C H *CHOH
- ••МC, содержащие альдегидную группу называются альдозами,
- •При объединении этих названий образуются такие названия как альдопентоза, кетогексоза и т.п.
- ••По химической природе МС делят на:
- ••Однако в природе известны и такие
- •• Б) Аминосахара (точнее
- •• В) Кислые сахара, содержащие
- •Номенклатура
- ••Названия МС образуют в соответствии с их
- ••Названия кетоз образуют из названий соответствующих альдоз, заменяя суффикс «оза» на «улоза». Некоторые
- ••кетозы:
- ••От тривиальных названий образуют названия дезоксисахаров, аминосахаров, карбоксилсодержащих сахаров, многоатомных спиртов и других
- •• При этом:
- ••Названия кислых сахаров образуют следующим образом:
- •COOH H OH
- ••Если СООН-группа находится в конце цепи, то такие кислоты называют
- ••Производные МС, содержащие две
- •COOH H OH
- •COOH H OH
- ••Многоатомные спирты, образующиеся из МС называют глициты (глицитолы) – суффикс «оза» в названии
- •Примеры:
- •Химическое строение
- ••Большинство МС имеют
- ••Рассмотрим строение МС на примере гексозы глюкозы. Гексозы имеют молекулярную формулу
- •• Это так называемая открытая
- ••МС (кроме триоз) в кристаллическом состоянии представляют собой
- ••В результате внутримолекулярного взаимодействия НО-гр. с карбонильной группой образуются циклические полуацетали:
- ••Циклические формы альдогексоз образуются в результате внутримолекулярного взаимодействия альдегидной группы с НО-группой у
- ••В результате образуются устойчивые циклические полуацетальные формы
- ••Эти формы получили название от соответствующих гетероциклических соединений.
- ••Для указания размера колец циклических форм
- •Необходимо подчеркнуть, что
- •• Образование циклической
- ••В циклической форме альдогек- созы имеются только гидроксиль- ные группы, причем они разные:
- •Стереохимия моносахаридов
- ••Для изображения стереоизомеров пользуются формулами Фишера.
- ••Все асимметрические С-атомы находятся в заслоненной конформации и группы Н и ОН направлены
- ••Количество стереоизомеров согласно формуле Фишера равно:
- ••Триозы – 2 стереоизомера (пара антиподов);
- ••Стереоизомеры из разных пар энантиомеров по отношению друг к другу являются
- ••Родоначальником семейства альдоз является глицериновый альдегид,
- ••Глицериновый альдегид содержит 1 асимметрический С- атом и существует в виде пары энантиомеров,
- ••В соответствии с таким отнесением все МС разделены на принадлежащие к D- или
- ••Если ОН гр. или другой заместитель, или О-атом, образующий циклическую форму у конфигурационного
- ••Большинство природных МС относится к D-ряду.
- •ГЕНЕТИЧЕСКИЙ РЯД D-ГЛИЦЕРИНОВОГО АЛЬДЕГИДА
- ••Диастереоизомерные МС, отличающиеся друг от друга конфигурацией лишь одного асимметрического атома C, называются
- ••Наиболее важными в химии углеводов являются такие эпимеры, которые отличаются конфигурацией только одного,
- •Циклические формы
- ••Две стереоизомерные формы альдоз, отличающиеся только конфигурацией С1 (кетоз – С2) называются аномерами.
- ••Для указания его конфигурации используют аномерные префиксы
- ••Циклическая форма, у которой полуацетальный гидроксил расположен по одну сторону с ОН, определяющей
- ••Аномерные префиксы α- и β- используют только в сочетании с конфигурационными префиксами D,
- •полуацетальные гликозидные ОН-группы
- ••В циклических формах моноз на один асимметрический атом С больше, чем в открытых,
- •Перспективные формулы Хеуорса
- •Через С-атомы проводят вертикальные связи, на концах которых пишут НО- и Н- гр.
- ••Группы, которые находятся слева от С-цепи в проекционной формуле Фишера, располагают над плоскостью
- ••Гликозидная НО-группа у альдоз D-ряда в α-форме находится под плоскостью
- ••Н-атом у С5 в формуле Хеуорса оказался под плоскостью цикла, хотя в формуле
- •Рассмотрим примеры
- •• В формулах Хеуорса для
- •Конформационная изомерия
- •Установлено, что пиранозные формы МС существуют преимущественно в виде конформации кресла, в которой
- ••Конформации фуранозных форм МС изучены в меньшей степени. Полагают, что возможны 2 типа
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- ••Как правило, циклические формы МС в
- •Явление самопроизвольного изменения угла вращения плоскости поляризации света при стоянии свежеприготовленного раствора углеводов
- •МС в соответствии со строением могут проявлять свойства:
- •.Реакции по оксоформе
- •Восстановление.
- ••Окисление
- •При окислении реактивами 1),2) образуется смесь продуктов, т.к. МС в щелочной среде неустойчивы.
- ••Кетозы тоже дают положительные реакции с реактивами Толленса и Фелинга, т. к. в
- ••Эти р-ции используются для качественного обнаружения альдоз и кетоз.
- ••Осторожное окисление бромной водой приводит к образованию альдоновых кислот
- •б) Сильные окислители:
- •Реакции с нуклеофильными реагентами
- •COOH H * OH
- ••Реакции с азотистыми основаниями
- ••б) Реакция с фенилгидразином
- •• Эпимеры (глюкоза, манноза,
- •в) Реакция с о-толуидиновым реагентом (ОТР)
- ••Отношение МС к основаниям
- •б) Действие крепких щелочей приводит к глубоким превращениям МС – происходит их разложение
- •в).Образование гликолятов
- •Отношение МС к кислотам
- •Многие качественные цветные реакции на углеводы обусловлены образованием этих производных фурана и их
- •• РЕАКЦИЯ МОЛИША
- •РЕАКЦИЯ СЕЛИВАНОВА
- •Качественная реакция на гексозы
- •Качественная реакция на пентозы
- •Брожение МС
- •Реакции по гидроксильным группам
- •ОН разные по реакционной способности:
- •• A. Образование простых
- ••В зависимости от размера цикла гликозиды делят на пиранозиды и
- ••Названия гликозидов образуют из названия соответствующего МС с заменой суффикса «оза» на
- •Свойства гликозидов
- ••Гликозиды являются ацеталями
- •Гидролиз гликозидов (механизм SN1)
- •Гликозиды подвергаются также
- •• 2. При действии избытка сильных
- ••В полностью алкилированных МС также как и в молекулах гликозидов отсутствует свободный гликозидный
- •Свойства алкильных производных
- •Р-ция метилирования играет важную роль для установления строения олиго- и полисахаридов. Метод метилирования
- •Получение в продуктах окисления при С4 метоксильной группы свидетельствует о том, что С4
- •• Б. ОБРАЗОВАНИЕ СЛОЖНЫХ
- •• Ацилирование МС как правило
- •Свойства ацильных производных
- •Нитраты МС можно получить действием безводной азотной кислоты в уксусном ангидриде. Образующиеся при
- •Сульфаты МС представляют определенный интерес как мономерные единицы широко распространенных в природе сульфатов
- •Пример
- •Важнейшие представители
•Эти р-ции используются для качественного обнаружения альдоз и кетоз.
•Реактив Фелинга нашел применение и для количественного
определения восстанавливающих сахаров (метод Бертрана).
•Осторожное окисление бромной водой приводит к образованию альдоновых кислот
HO
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|||
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
CH2OH |
||
|
|
|
|
|
|
||||||
HO |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
OH |
|||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
OH |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
D-глюкоза
CH2OHO
OH O
OH
OH
D-глюконо- -лактон
H,OH Br2/H2O
Br
HO O
C
HOH
H2O |
HO |
|
|
H |
|
|
|
||||
H |
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|||
|
H |
|
|
|
OH |
|
|
|
|
||
|
|
|
CH2OH |
D-глюконовая кислота
б) Сильные окислители:
1) разб. HNO3; При таком окислении образуются гликаровые (альдаровые, сахарные) кислоты - одновременно окисляются альдегидная и первичноспиртовая гр.
H |
|
O |
|
HO |
|
O |
||||||||
|
|
|
C |
HNO3 |
|
|
|
C |
||||||
H |
|
|
|
|
|
OH |
H |
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
разб. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
HO |
|
|
|
|
H |
HO |
|
|
|
|
H |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
H |
|
|
|
|
OH |
||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
H |
|
|
|
|
OH |
||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
HO |
C |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
D-глюкоза |
D-глюкаровая кислота |
Реакции с нуклеофильными реагентами
Гидроцианирование
Эту реакцию в химии углеводов используют для увеличения
C-цепи МС.
H |
|
O |
|
||||
|
|
|
C |
|
|||
HO |
|
|
|
|
H |
HCN |
|
|
|
|
|
||||
H |
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
D-арабиноза
|
|
CN |
|
|
|
|
CN |
|
||||
|
|
|
HO |
* |
|
|
H |
|||||
H |
* |
|
|
OH |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||||
HO |
|
|
|
|
H |
+ |
HO |
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H |
|
|
|
|
OH |
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|||
|
CH OH |
|
|
|
||||||||
|
|
|
2 |
|
D-маннонитрил |
|||||||
D-глюконитрил |
диастереоизомерные нитрилы H2O,H+
COOH H * OH
HO H
+
H OH
H OH
CH2OH D-глюконовая
кислота
COOH
HO * H
HO H
H OH
H OH
CH2OH
D-манноновая кислота
•Реакции с азотистыми основаниями
•а) Реакция с гидроксиламином –
используется для установления строения МС и для перехода от высших сахаров к низшим
H |
|
O |
|
|
|
H |
|
NOH |
||||||||
|
|
|
C |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|||||||
H |
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
OH |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
HO |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
NH2OH HO |
|
|
|
|
H |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
OH |
_H |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H |
|
|
|
|
|
OH |
2 |
|
|
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
OH |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
||||||
D- глюкоза |
|
|
оксим D-глюкозы |
•б) Реакция с фенилгидразином
•В мягких условиях МС образуют фенилгидразоны
•При нагревании МС с избытком фенилгидразина образуются фенилозазоны
HO
|
|
C |
|
|
|
|
CH |
|
|
|
N |
|
|
NHC6H5 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
C6H5NHNH2 |
H |
|
|
|
|
|
OH |
|
C H |
NHNH |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
HO |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 5 |
|
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
H |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ NH |
|
_ NH C H |
|
||||||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
H |
|
|
|
|
|
OH |
3, |
2 |
6 |
5 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H |
|
|
|
|
OH |
|
H |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
D- Glc |
|
фенилгидразон |
|
|
|
|
D-Glc
CHN
CO HO H
H OH H OH CH2OH
NHC6H5 |
|
CH |
|
|
N |
|
|
NHC6H5 |
|||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
N |
|
NHC6H5 |
|||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
C H NHNH |
HO |
|
|
H |
|||
|
|
||||||
6 |
5 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
OH |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
H |
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
CH2OH
фенилозазон
D-Glc, D-Man, D-Fru
• Эпимеры (глюкоза, манноза,
фруктоза) дают один и тот же арилозазон, т.к. при его образовании затрагиваются только атомы С1 и С2.